成果報告書詳細
管理番号20110000001731
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 システム技術開発 車載等水素貯蔵・輸送容器システム技術に関する研究開発
公開日2012/1/11
報告書年度2008 - 2010
委託先名日本重化学工業株式会社
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約近年、エネルギー効率や大気環境保全の観点から、自動車メーカー各社により燃料電池自動車の研究開発が盛んに行われ、実証試験が行われている状況にある。また、燃料電池実用化推進協議会(FCCJ)は、2015年から燃料電池自動車(FCV)の一般ユーザーへの普及開始を目指すシナリオを発表している。現状、自動車への水素の搭載方式としては、高圧複合容器(Type-3、Type-4)が主流となっており、最近では1充填あたりの航続距離の伸長を目的として、充填圧力を35MPaから70MPaへ高圧化した容器の搭載が増え、70MPaで充填可能な水素ステーションの建設も検討されている。一方、水素貯蔵材料と高圧複合容器を組み合わせたハイブリッド貯蔵タンクは、70MPa高圧複合容器と同等以上の体積貯蔵密度を有し、かつ、より低圧での水素貯蔵を可能とする技術として注目されている。本研究では、水素吸蔵合金と高圧複合容器を組み合わせることで、コンパクトな水素貯蔵システムとして期待されるハイブリッド貯蔵タンクの開発を行った。また、本開発の中で試作したハイブリッド貯蔵タンクについて、車載用水素貯蔵システムとしての性能および安全性について評価を行った。 ハイブリッド貯蔵タンクの最適な圧力を検討するため、外容積を一定として、貯蔵圧力を15MPa,25MPa,35MPaとした場合の高圧複合容器の設計を共同実施先において実施した。その容器に対して、体積貯蔵密度とMH量の関係を調査した。また、内容積を50Lとしたハイブリッド貯蔵タンク用MHカートリッジの設計を行い、目標値を上回る設計水素量2kg、外容積66Lの体積貯蔵密度30.3g/Lを達成するタンクの設計を実施した。 ハイブリッド貯蔵タンクに求められる性能の一つに水素スタンドでの急速充填性能があげられる。本プロジェクトでは、中間目標として90%/10minの性能の達成を目標にMHカートリッジの熱交換器の検討を実施してした。前事業では、MHの吸蔵反応時の反応熱を除去するため、熱媒管をMHカートリッジの外筒の周囲に溶接加工し、合金層の発熱を熱媒管へ伝えるために、合金層内部にアルミニウムフィンを設置した熱交換器を採用した。その結果、水素吸蔵特性は81%/10minであり、目標を達成するためには、更なる伝熱効率の向上が必要とされている。そこで、MHの反応熱を直接、熱媒管へ効率良く伝えるために、熱媒管を合金層内部に設置する構造について小型フランジ容器を用いて検討した。 基本諸元、小型フランジ容器の性能試験結果、再委託先の佐賀大学での検討結果を基に、MHカートリッジの設計・製作を実施した。また、製作したハイブリッド貯蔵タンクの性能評価を実施した。製作の際、MH充填量が設計量よりも少なくなり体積貯蔵密度は設計値を下回ったが、28.8g/Lと目標を上回るハイブリッド貯蔵タンクを製作した。また、質量貯蔵密度は2.0wt%であり、前事業で試作したハイブリッド貯蔵タンクよりはコンパクトなハイブリッド貯蔵タンクの開発に成功した。 水素吸蔵合金の低コスト化に関しては、ハイブリッド貯蔵タンク用水素高価な低酸素Vを使用する代わりに鉄鋼材料として比較的安価に流通しているフェロバナジウムの適用を検討した。また、量産性を考慮するため高融点金属の溶解に用いられるコールドクルーシブル炉を用いた溶解を実施した。
英文要約Title: Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage Systems (FY2008-FY2010) Final Report (Japan Metals & Chemicals Co., Ltd.)
To develop a hybrid hydrogen storage tank as a combined high-pressure gas tank and hydrogen storage alloy, we conducted research and development to investigate various characteristics when refueling and discharging hydrogen (performance tests) and to investigate safety (safety tests) as a hydrogen storage tank that will be used in a vehicle because we assumed that the hydrogen storage characteristics, hydrogen discharge characteristics, and safety differ from those in conventional high-pressure gas tanks.A hybrid hydrogen Storage tank with the following performance has been developed with a target.1) Volumetric Capacity : ≧ 28 g/L(outer volume)2) Refueling Rate : ≧ 90 % / 10 min.At the development of MH cartridge, we investigated hydrogen storage characteristics of the Hybrid Hydrogen Storage tank. The gravimetric densities and volumetric hydrogen densities of Hybrid Hydrogen Storage Tank were calculated.In order to develop the system which volumetric densities is over 28g/Litter [Outer Volume], the volume fraction of the metal hydride in the tank is necessary to fill it to 20% or more. And in order to develop the system which gravimetric densities is over 1.8wt%, the volume fraction of the metal hydride in the tank is necessary to fill it to 30% or less. In order to improve the heat conduction in MH cartridge, we simulated the characteristics of hydrogen absorption. We optimized the aluminum fin for metal hydride cartridge. We designed and manufactured the metal hydride cartridge of Hybrid Hydrogen Storage Tank based on these data. In order to investigate hydrogen absorption characteristics under 35MPa, we examined hydrogen filling examination.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る